量子点技术呈现惊艳色彩的精妙时机
2025 年 6 月 20 日
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Nanosys 用于精确调节量子点晶体的系统，释放了前所未有的色彩和亮度。
作者：Adam Kovac
插图由人工智能生成（灵感来自建筑师 Luis Barragán 和艺术家 Mathias Goeritz 的 Torres de Satélite）。
完美的色彩始于完美的时机。在 Nanosys，对量子点生长的突破性控制实现了精确的波长调整，从而带来更明亮的显示效果、更丰富的色彩量，以及从农业到化妆品的惊人新用途。
俗话说，时机就是一切，这句话适用于很多事情。在足球比赛中，过早或过晚半秒，接球者就会错过接球时机。在爱情中，在错误的时间遇到对的人，可能会导致一见钟情。就连宇宙的诞生也需要精妙的时机，因为形成行星、星系和人类的粒子必须以恰到好处的方式向外爆发，以避免引力将其全部吸回一个奇点。因此，在科学上获得最佳色彩的关键又回到了无可挑剔的时机上，这一点不足为奇。
量子点虽然是半导体，但其制造方式与通常意义上的计算机芯片截然不同。量子点是纳米晶体，Nanosys 公司一直在努力研究一种生长这些晶体的方法，这种方法可以产生令人难以置信的各种颜色。该公司产品开发总经理兼销售副总裁罗中胜解释说，秘诀在于控制点的精确尺寸。该公司的精确控制技术在于晶体生长的时间。
"他说："这基本上是基于晶体生长的热力学原理。他说："如果你监控整个生长过程，我们可以做到实时监控，那么晶体就会变得越来越大。这意味着，举个例子，如果是 10 分钟，它就会变成 530 纳米，所以我们就是这样控制的。
"虽然最初的计算结果可以通过经验曲线来确定，但罗说，现在的工艺已经非常先进，"我们实际上甚至不只是依靠那条曲线，"他说，"我们依靠的是现场反馈系统的实时测量。他说："我们依靠现场反馈系统进行实时测量，使每次测量的结果都相同。有了这样的实时监控，我们可以大大降低公差或波长的变化。
该工艺已经完善到 Shoei 工程师可以输入他们希望晶体产生的特定波长的光，通过在晶体生长过程中用短波长光照射晶体并测量峰值波长，生产系统可以在晶体达到目标颜色时自动停止生长。
"通过调整这一波长，我们可以精确地实现显示器制造商所追求的色彩目标，"Luo 说。"不仅如此，我们还能完美匹配显示面板的彩色滤光片，使其在理想的色域范围内提供最佳亮度"。
亮度很重要。正如 Luo 所观察到的，在电视机上，亮度对消费者的选择起着重要作用。他说，亮度 "扼杀了等离子电视"。
"他指出："在一个相对明亮的展厅里，人们在观看等离子和液晶显示器时，每次都会选择液晶显示器，因为高亮度使液晶显示器看起来比等离子显示器更好，尽管等离子显示器在更暗、更典型的客厅环境中可能看起来更好。
能够如此精确地调整量子点还有另一个好处。正如罗永浩所解释的，更高的色彩纯度可以实现更高的色域，或者说，在对图像进行编码和解码时，可以更有效地利用比特。如果图像伽玛编码不当，过多的信息就会被用于人类无法感知的方面。量子点允许屏幕制造商比以前更容易地微调其技术。
对于传统的荧光粉技术来说，当你改变波长时，就需要一种新的材料，最有可能发生的情况是一开始全宽-半最大值可能会更宽，因此人们需要花费大量的时间来调整它，"Luo 解释说，"这本身就会造成大量的工作。"这本身就会造成大量工作。其次，可靠性可能与现有产品不同。现在，他们也需要在这方面下功夫。因此，他们需要花费大量时间，不仅要控制光学特性，还要控制稳定性，以确保其与现有产品相当。
归根结底，对量子点进行微调的能力开辟了色彩的新境界，这不仅是因为量子点的范围或亮度，还因为这两个概念是如何结合在一起的。
提高亮度可以让同一颜色的不同色调之间的差异更加明显。在现实生活中，是香蕉的色调而不是颜色让你分辨出它是成熟还是过熟。传统的显示屏无法显示出这种程度的细节，但使用量子点的显示屏却能显示出足够美味的图像。据罗永浩称，与传统技术相比，量子点能够产生多 30% 至 40% 的人类可感知色彩量。
这种纯净度可以让你拍出美轮美奂的图像，也可以让你拍出直观真实的图像，让你仿佛置身于地球上最壮观的现象之中。以火山爆发为例。
"如果你看一张图片，它可能没有你在现实生活中看到的那么令人印象深刻，"Luo 说。"不同之处在于，如果你看色彩坐标，它们都在普通显示器的再现能力范围之内，但由于亮度是人类感知色彩的另一个维度，因此会给你不同的感觉。如果你有一个能再现非常明亮的熔岩的显示屏，它就会给你热的感觉，因为它向你的大脑传达了那种真实感。
这是另一个重要部分：量子点不仅能带来更多色彩，还能带来右脑层面的色彩，而这对人类的感知至关重要"。
如果说观看火山爆发的电影能产生与亲临现场一样的效果（尽管鞋子融化的几率要小得多），那么这一切都有科学研究的支持。在杜比公司进行的测试中，观众在观看量子点显示屏上的内容时接受了热像仪的检查，在一个火球射向屏幕的场景中，他们看到观众脸上的血管扩张了，就好像他们期待着被火焰击中一样：这是一种不自主的生理反应，它不仅可以通过屏幕产生情感，还可以在观众的身体中产生实际的感觉。
虽然明亮、鲜艳的色彩本身就很绚丽，但波长调谐和量子点的好处是每个设备制造商最喜欢的词：效率。
在欧洲等一些地方，法律对电视等设备的能效做出了规定。这些法律非常严格，以至于配备 8K 或 microLED 显示屏等先进电视受到严格限制。即使在不涉及法律问题的情况下，电源的性价比也非常重要。例如，消费者希望笔记本电脑有健康的电池寿命，也不希望狂看自己喜欢的电视节目导致电费账单到账时出现意外。
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"你关心的是一小时的差异，你关心的是 10% 的省电率，"Luo 说。"我认为，社会的总体趋势是人们更加关注他们所使用设备的效率。通过量子点技术，我们正顺应这一趋势，帮助客户实现最佳能效。效率高总比效率低好。
这不仅适用于电脑屏幕和电视机。量子点实现的独特波长调谐还可应用于农业，甚至绿色能源革命。罗永浩指出，量子点可以被调整为产生某些植物高度敏感的频率的光，从而促进更快、更高效的生长和产量。这不仅在地球上有用处，甚至还可以应用到太空中，因为全球太空机构都在争相建立月球基地并将人类送上火星。在这两种情况下，为宇航员种植食物都将发挥重要作用，使这些任务在后勤上可行。
"他说："这是我们可以用来造福人类的一个领域，因为我们的人口越来越多，但我们的土地有限。"我们还在研究与太阳能有关的东西。我们基本上可以将目前无法使用或可以使用但效率很低的频谱转化为转换率或利用率很高的频谱。
还有一些不那么宏大，但具有潜在商业利润的用途。有些商品在特定光频下会变质。Luo 以香水为例，包装用的瓶子必须在使用前防止紫外线破坏产品。新的欧洲法律禁止制造商在香水本身中使用紫外线稳定剂，这给包装商带来了难题。采用量子点的香水瓶可以不发射而是吸收这些频率，从而使包装既能保护产品，又能吸引消费者。在不久的将来，量子点甚至有可能进入汽车领域，使汽车拥有目前无法实现的醒目涂装，甚至根据一天中的不同时间改变颜色。
"今天，我们正在与合作伙伴探索许多其他应用，"Luo 说。"它可以是外观设计，甚至是人体化妆品。还可能有某种医疗或健康益处。这些都会出现。只是其中很多还处于非常早期的阶段，所以我们仍在与客户合作，努力探索这些领域。"
罗永浩说，这项技术已经变得非常先进，主要的挑战不再是如何生成或微调这些点，现在这些点可以按吨生产，晶体的数量以万亿计。取而代之的是如何按照正确的比例生产出客户所需的特定波长。
"客户对所有波长的需求可能不尽相同，对吧？"我们在制造方面面临的挑战是，如何管理才能将制造成本控制在合理水平？除此之外，从技术上讲，我不认为有什么挑战。
他补充说，实施方面的问题已经全部解决。不过，这也不是任何公司都能做到的。Shoei 团队经过多年的研发和改进，才取得了今天的成就。
"这并不意味着很容易，对吧？"罗永浩说。"我们已经习以为常了，所以今天根本不会再去想这些。"
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